Come calcolare la forza necessaria per spostare unauto

Conoscere la forza necessaria per spostare un'auto è essenziale nell'ingegneria dell'automobile o di qualsiasi altro dispositivo di trasporto - dai vagoni ferroviari allo space shuttle. Per fortuna, ci sono leggi fisiche semplici che regolano questo tipo di movimento che sono universalmente applicabili. Questo articolo spiega la seconda legge di Newton in quanto riguarda l'accelerazione di un'automobile.

Usa la seconda legge di Newton

Passaggio 1

Usa la seconda legge di Newton che afferma che ogni volta che due o più oggetti interagiscono tra loro c'è una forza che agisce su di loro. Esistono due tipi generali di forze: forze di contatto (forza applicata, attrito e altro) e forze a distanza o di campo (gravità, elettrica e magnetica).

Passaggio 2

Concentrarsi sull'applicazione forza alla macchina. Se l'auto è su un terreno piano e l'attrito è trascurabile (il che è vero se ha pneumatici gonfiati e si muove lentamente), allora la forza richiesta per accelerare l'auto è data dalla forza = accelerazione dei tempi di massa o F = M x a. Secondo questo, anche una piccola quantità di forza è sufficiente per spostare una macchina, anche se lentamente.

Usando la massa "M" dell'automobile in questione in chilogrammi (1 Kg = 2,2 libbre) e l'accelerazione "a" desiderato in metri al secondo quadrato, inserisci i parametri nell'equazione della seconda legge di Newton per ottenere la forza "F" richiesta in chilogrammi al secondo al quadrato, che è equivalente all'unità base di forza, il Newton.

Se la macchina è in pendenza

fase 1

Considerare la componente perpendicolare della forza verso il basso oltre alla forza richiesta per accelerare.

Passaggio 2

Calcolare la forza verso il basso causata per gravità moltiplicando la massa dell'auto in chilogrammi per la costante di accelerazione di gravità standard, 9,8 metri al secondo quadrato.

Calcola la componente perpendicolare di questa forza moltiplicandola per il coseno di 90 gradi meno la pendenza, che può anche essere chiamata theta, come mostrato nell'immagine (forza in giù x cos (90 -inclinazione) = forza in giù x cos (theta) = componente perpendicolare della forza). Ad esempio: la Jeep arancione mostrata sopra pesa 3.200 libbre (1.450 Kg), ed è seduta su un'inclinazione di 30 gradi. La forza dalla gravità che agisce sulla jeep nella direzione in cui può rotolare (la componente perpendicolare della forza) è la forza verso il basso (9,8 x 1,450 = 14,250 Newton) volte il coseno di 90 meno l'inclinazione (cos (90-30) = 0,5) che è 14,250 x 0,5 = 7,125 Newton. Ciò significa, secondo la seconda legge di Newton, che se la Jeep fosse libera di rotolare accelererebbe lungo il pendio a 7.125 Newton divisi per 1.450 Kg che è pari a 5 metri al secondo quadrato. Dopo un secondo di rotazione, la Jeep si sposta di 5 metri al secondo o di 11 miglia all'ora.

Suggerimento

Verifica di utilizzare unità scientifiche standard: chilogrammi, metri, secondi e newton. Usa il buon senso quando lavori con le pendenze. Se la macchina è inclinata verso il basso, vorrà rotolare in quel modo.

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